220014 - Física III

Última modificación: 18-05-2016
220014 - Física III
Unidad responsable:
205 - ESEIAAT - Escuela Superior de Ingenierías Industriales, Aeroespacial y Audiovisual de
Terrassa
Unidad que imparte:
748 - FIS - Departamento de Física
Curso:
2016
Titulación:
GRADO EN INGENIERÍA EN VEHÍCULOS AEROESPACIALES (Plan 2010). (Unidad docente
Obligatoria)
GRADO EN INGENIERÍA EN TECNOLOGÍAS AEROESPACIALES (Plan 2010). (Unidad docente
Obligatoria)
Créditos ECTS:
6
Idiomas docencia:
Catalán, Castellano
Profesorado
Responsable:
MIGUEL MUDARRA LOPEZ
Otros:
JAUME CALAF ZAYAS - JORDI ORRIT PRAT - ANTONIO JAVIER PONS RIVERO
Capacidades previas
Conocimientos básicos de Física y Matemáticas, correspondientes a las asignaturas de Física I, Física II, Cálculo I, Cálculo
II y Álgebra Lineal.
Competencias de la titulación a las cuales contribuye la asignatura
Específicas:
1. Comprensión y dominio de los conceptos básicos sobre las leyes generales de la mecánica, termodinámica, campos
y ondas y electromagnetismo y su aplicación para la resolución de problemas propios de la ingeniería.
Metodologías docentes
Sesiones de teoría y clases de problemas:
Las clases de teoría se realizarán en el aula con todo el grupo simultáneamente, y consistirán en clases expositivas y de
síntesis, donde se presentaran los conceptos y ejemplos de aplicaciones.
En las clases de problemas se mostrarán y se ejercitarán las técnicas de resolución de situaciones prácticas. En las
sesiones de prácticas los estudiantes realizarán estudios cualitativos y cuantitativos de los fenómenos electromagnéticos
que se tratan en la asignatura. Estas sesiones de prácticas tendrán una duración de dos horas, con periodicidad
quincenal. También se propondran supuestos de carácter práctico con la finalidad de que los estudiantes se ejerciten en
la resolución de problemas de manera dirigida.
Objetivos de aprendizaje de la asignatura
El objetivo de la asignatura es que el estudiante conozca los principios básicos de la teoría electromagnética y sus
aplicaciones, tanto en el vacío como en los medios materiales. Los estudiantes también habrán de adquirir conocimientos
y habilidades prácticas en las aplicaciones de los campos electromagnéticos.
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Horas totales de dedicación del estudiantado
Dedicación total: 150h
Horas grupo grande:
32h
21.33%
Horas grupo mediano:
14h
9.33%
Horas grupo pequeño:
14h
9.33%
Horas aprendizaje autónomo:
90h
60.00%
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Contenidos
1. Electrostática en el vacío
Dedicación: 18h 45m
Grupo grande/Teoría: 4h
Grupo mediano/Prácticas: 2h
Grupo pequeño/Laboratorio: 1h 30m
Aprendizaje autónomo: 11h 15m
Descripción:
Átomos y moléculas. Enlaces. Iones y dipolos. Aislantes polares
Carga electrica. Ley de coulomb
Campo eléctrico. Teorema de Gauss
Distribuciones discretas de carga. El dipolo eléctrico
Distribuciones contínuas de carga.
Potencial electric.
Condiciones de contorno para el campo y el potencial
Actividades vinculadas:
1,2,3,4,5
Objetivos específicos:
· Conocer la fenomenología asociada a la carga eléctrica y las propiedades de ésta.
·Conocer los significados físicos de los conceptos de campo y potencial electrostáticos.
· Adquirir la capacidad de determinar el campo electrostático asociado a distribuciones de carga discretas y
continuas, aplicando diferentes métodos: principio de superposición e integración directa, aplicación del teorema
de Gauss, derivación del potencial
· Adquirir la capacidad de determinar el potencial electrostático asociado a distribuciones de carga discretas y
continuas, aplicando diferentes métodos: principio de superposición e integración directa, integración del campo,
resolución de la ecuación de Poisson
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2. Energía electrostática y capacidad
Dedicación: 18h 15m
Grupo grande/Teoría: 4h
Grupo mediano/Prácticas: 1h 30m
Grupo pequeño/Laboratorio: 1h 30m
Aprendizaje autónomo: 11h 15m
Descripción:
Energía potencial electrostática.
Campo eléctric en presencia de conductores.
Apantallamiento. Jaula de Faraday.
Capacidad de un conductor.
Sistemas de conductores: influencia electrostática.
Condensadores.
Energía almacenada en un condensador.
Fuerzas entre conductors.
Actividades vinculadas:
1,2,3,4,5
Objetivos específicos:
· Adquirir la capacidad de determinar la energía electrostática asociada a una distribución de carga e interpretar
su resultado.
· Conocer los comportamientos ideales extremos de los medios materiales frente al campo eléctrico: conductores
i aislantes ideales.
· Saber determinar el valor de los campos y potenciales electrostáticos creados por sistemas de conductors
cargados.
· Conocer el concepto de capacidad de un conductor i de un condensador. Adquirir
la habilidad para su determinación
· Conocer los principios de la influencia entre conductores y la relació que resulta entre
las cargas y los potenciales en los sistemas de conductores en influencia.
· Saber determinar la energía almacenada en un condensador, e interpretar las
fuerzas entre conductores a partir de consideraciones energéticas.
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3. Electrostática en medios materiales
Dedicación: 18h
Grupo grande/Teoría: 4h
Grupo mediano/Prácticas: 1h 30m
Grupo pequeño/Laboratorio: 1h 30m
Aprendizaje autónomo: 11h
Descripción:
Permitividad y rigidez eléctricas.
Polarización y susceptibilidad eléctricas.
Desplazamiento eléctrico. Teorema de Gauss generalizado.
Condiciones de contorno en la superfície de separación entre medios.
Actividades vinculadas:
1,2,3,4,5
Objetivos específicos:
Conocer el concepto de dipolo eléctrico, su momento dipolar asociado, el efecto de un
campo eléctrico externo sobre un dipolo "rígido", adquirir la capacidad de determinar los campos y potenciales
electrostáticos que crean los dipolos.
· Conocer los comportamientos ideales extremos de los medios materiales frente al campo eléctrico: conductores
i aislantes ideales.
· Entender los conceptos de permitividad y rigidez eléctricas.
· Conocer los mecanismos básicos de la polaritzación y adquirir la habilidad de determinar las cargas de
polaritzación y la capacidad de interpretar sus significados físicos.
· Conocer las relaciones entre los campos de desplazamiento, eléctrico y de polarización, y de estos con sus
fuentes.
· Saber determinar la energía electrostática en presencia de dieléctricos y evaluar las
fuerzas que actúan sobre ellos.
· Adquirir la capacidad de establecer y discutir las condiciones de contorno de los campos eléctrico, de
desplazamiento y del potencial.
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4. Electrocinética
Dedicación: 17h
Grupo grande/Teoría: 3h 30m
Grupo mediano/Prácticas: 1h 30m
Grupo pequeño/Laboratorio: 2h
Aprendizaje autónomo: 10h
Descripción:
Corriente eléctrica. Densidad de corriente eléctrica.
Ecuación de continudad: principio de conservación de la carga.
Conductividad eléctrica. Ley de Ohm. Resistencia eléctrica.
Conductores, semiconductores i aislantes.
Modelos de conducción en metales.
Ley de Joule.
Fuerza electromotriz. Generadores, acumuladores i motores.
Leyes de Kirchhoff.
Actividades vinculadas:
1,2,3,4,5
Objetivos específicos:
· Conocer los procesos básicos de transporte de carga y las magnitudes físicas
asociadas.
· Conocer el principio de conservación de la carga y su formulación matemàtica.
· Adquirir la capacidad de determinar la resistencia eléctrica de un conductor de forma
geométrica sencilla.
· Conocer el procés de disipación de potencia en forma de calor en un conductor por el que circula una corriente.
· Conocer el concepto de fuerza electromotriz.
· Entender las reglas de Kirchhoff en función de principios básicos i adquirir la habilidad de resolver problemas de
circuitos de corriente continua en condiciones estacionarias.
· Conocer aplicaciones tecnológicas basadas en los principios mostrados
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5. Magnetostática en el vacío
Dedicación: 16h 30m
Grupo grande/Teoría: 3h 30m
Grupo mediano/Prácticas: 1h 30m
Grupo pequeño/Laboratorio: 2h
Aprendizaje autónomo: 9h 30m
Descripción:
Fuerzas entre corrientes estacionarias: Ley de Ampère
Campo magnético: ley de Biot-Savart
Teorema de Ampère
Dipolos magnéticos. Momento dipolar magnético
Ley de Lorentz
Actividades vinculadas:
1,2,3,4,5
Objetivos específicos:
· Que el estudiante conozca las ecuaciones básicas del campo magnético estacionario y sus implicaciones físicas.
· Adquirir la capacidad de determinar el campo magnético producido por corrientes estacionarias mediante
integración directa y aplicando el teorema de Ampère.
·Adquirir la habilidad de determinar la fuerza y el par que recibe un conductor por el que circula una corriente
sometido a un campo magnético externo.
· Conocer los efectos de las combinacions de los campos eléctricos y magnéticos sobre el movimiento de cargas
puntuales.
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6. Inducción magnética
Dedicación: 15h
Grupo grande/Teoría: 3h
Grupo mediano/Prácticas: 2h
Grupo pequeño/Laboratorio: 1h 30m
Aprendizaje autónomo: 8h 30m
Descripción:
Ley de Henry-Faraday. Ley de Lenz.
Autoinductancia
Inductancia mutua.
Energía magnética. Densidad de energía magnética.
Fuerzas magnéticas entre circuitos.
Actividades vinculadas:
1,2,3,4,5
Objetivos específicos:
· Conocer los fenómenos de inducción magnética y adquirir la capacidad de calcular la fuerza electrometriz
inducida, la corriente inducida y la fuerza ponderomotriz en las situaciones en las que las variaciones de flujo
magnético se producen tanto en medios estacionarios como en medios no estacionarios.
· Conocer las leyes que rigen los fenómenos de autoinducción e inducción mutua y capacidad de aplicarlas en
situaciones sencillas.
·entender y calcular la energía de un sistema de corrientes libres y adquirir la capacidad de determinar la fuerza
entre dos circuitos a partir de consideraciones energéticas.
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7. Magnetismo en medios materiales
Dedicación: 17h
Grupo grande/Teoría: 3h 30m
Grupo mediano/Prácticas: 1h 30m
Grupo pequeño/Laboratorio: 2h
Aprendizaje autónomo: 10h
Descripción:
Comportamiento magnético d la materia.
Imantación. Campo magnético creado por la materia imantada.
Condiciones de continuidad para B y H.
Susceptibilidad y permeabilidad magnéticas.
Diamagnetismo. Paramagnetismo.
Ferromagnetismo: histéresis magnética.
Circuitos magnéticos. Reluctancia.
Actividades vinculadas:
1,2,3,4,5
Objetivos específicos:
·Conocer los comportamientos magnéticos de los medios materiales en presencia de campos.
·Entender los fundamentos de los mecanismos microscópicos que dan lugar a la imantación y adquirir la
capacidad de determinar los campos cuando hay medios presentes.
·Conocer el fenómeno de la histéresis magnética.
·Conocer los conceptos de las densidades de corriente equivalentes y su significado físico.
·Entender las relaciones entre los campos de densidad de flujo magnético, excitación magnética e imantación, y
de estos y sus fuentes.
·Adquirir la capacidad de establecer y discutir las condiciones de contorno de los campos de inducción magnética
e intensidad de campo magnético.
·Familiarizarse con la terminología de los circuitos magnéticos y adquirir habilidad para resolver problemas
sencillos relacionados con ellos.
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8. Circuitos de corriente alterna
Dedicación: 17h
Grupo grande/Teoría: 3h 30m
Grupo mediano/Prácticas: 1h 30m
Grupo pequeño/Laboratorio: 2h
Aprendizaje autónomo: 10h
Descripción:
Corriente alterna en elementos pasivos ideales.
Reactancia. Impedancia.
Circuito RC: carga y descarga del condensador.
Circuito RL.
Osciladores LC. Circuito RLC sin generador.
Circuito RLC serie. Potencia. Factor de potencia. Resonancia.
El transformador.
Actividades vinculadas:
1,2,3,4,5
Objetivos específicos:
·Conocer el comportamiento de los elementos pasivos ideales frente al paso de una corriente eléctrica alterna
estacionaria.
·Entender las magnitudes asociadas a las corrientes alternas estacionarias.
· Adquirir la capacidad de aplicar las reglas de Kirchhoff para la resolución de circuitos de corriente alterna en
régimen estacionario.
· Conocer aplicaciones tecnológicas basadas en los principios mostrados.
· Entendre les magnituds associades als corrents alterns estacionaris.
· Adquirir capacitat de aplicar les regles de Kirchhoff per a resoldre circuits de corrent
altern en règim estacionari.
· Conèixer aplicacions tecnològiques basades en els principis mostrats
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9. Ecuaciones de Maxwell y ondas
electromagnéticas
Dedicación: 12h 30m
Grupo grande/Teoría: 3h
Grupo mediano/Prácticas: 1h
Aprendizaje autónomo: 8h 30m
Descripción:
Inducción eléctrica. Corriente de desplazamiento.
Ecuaciones de Maxwell. Ondas electromagnéticas.
Descripción de los fenómenos ondulatorios. Ondas armónicas transversales.
Flujo de poténcia electromagnética: vector de Poynting.
Momento de una ona electromagnética: presión de radiación.
Actividades vinculadas:
1,2,3,4,5
Objetivos específicos:
·Conocer las ecuacions fundamentales y cosntitutivas de los campos electromagnéticos.
·Entender el fenómeno de inducción eléctrica y la corriente de desplazamiento.
·Entender el formalismo usado para la descripción de los fenómenos ondulatorios en general y las ondas
electromagnéticas en particular.
·Conocer el concepto de densidad de flujo de potencia electromagnética y su magnitud asociada, el vector de
Poynting.
· Entender el momento de una onda electromagnética y el concepto de presión de radiación.
·Conocer las distintas regiones del espectro electromagnético y sus aplicaciones.
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Planificación de actividades
Dedicación: 73h
Grupo grande/Teoría: 28h
Aprendizaje autónomo: 45h
1 CLASES DE TEORIA
Descripción:
Preparación previa y posterior de las sesiones de teoría y asistencia a estas.
Material de soporte:
Apuntes y transparencias de la plataforma Atenea.
Bibliografía general de la asignatura.
Objetivos específicos:
Adquirir los conocimientos necesarios para una correcta interpretación de los contenidos. Preparación para la
parte teórica y práctica de los exámenes de la asignatura.
Resolución de dudas en relación al temario de la asignatura.
Dedicación: 36h 30m
Grupo mediano/Prácticas: 14h
Aprendizaje autónomo: 22h 30m
2 CLASES DE PROBLEMAS
Descripción:
Preparación previs y posterior de las sesiones prácticas y de problemas y asistencia a estas.
Material de soporte:
Ejercicios de la plataforma Atenea.
Recopilación de problemas de la asignatura (Atenea)
Objetivos específicos:
Adquirir las habilidades necesarias para una correcta interpretación de los problemas de la asignatura, así como
capacidad para su resolución.
Preparación para la parte práctica de los exámenes de la asignatura.
Resolución de dudas en relación al temario de la asignatura.
3 CLASES DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO Dedicación: 36h 30m
Grupo pequeño/Laboratorio: 14h
Aprendizaje autónomo: 22h 30m
Descripción:
La asignatura de Física III tiene como uno de sus rasgos característicos, la realización de prácticas de laboratorio.
Estas prácticas se llevarán a cabo en el Laboratorio de Física, en equipos de dos personas, en sesiones de dos
horas. Antes de la sesión en el laboratorio, el alumnado deberá haber hecho una lectura previa del guión y
redactado un resumen de la práctica, a fin de que el estudiante identifique la motivación, los objetivos, el material
necesario, el método experimental y los resultados esperados en el experimento. En el Laboratorio los grupos
toman los datos, y hacen un tratamiento inicial de las mismas, para ver la consistencia de sus resultados.
Posteriormente, elaborarán un informe sobre la práctica realizada, en el que se incluirán tablas, gráficas y cálculo
de errores.
Material de soporte:
El material necesario se encontrará en el laboratorio.
Los guiones de las prácticas estan disponibles en Atenea.
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Descripción de la entrega esperada y vínculos con la evaluación:
Resumen de la práctica antes de la sesión.
Informe de la práctica realizada 15 días después de la sesión de laboratorio.
Objetivos específicos:
Al finalizar la práctica, el alumnado deberá ser capaz de:
1. Entender la motivación de la práctica y la justificación física de la misma.
2. Identificar el diferente material que se utilizará.
3. Comprender el método empleado en la consecución de los objetivos (método científico)
4. Manipular correctamente el dispositivo experimental empleado
5. Presentar en forma de tabla un conjunto de datos experimentales. Representar de forma gráfica estos datos, y
hacer un ajuste a un modelo, en su caso.
6.Durante a cabo un cálculo de la propagación de errores inherentes a la medida experimental.
7. Trabajar en equipo, panificar tareas y asumir responsabilidades.
8. Conocer los procedimientos y las normas básicas de seguridad en el trabajo de laboratorio.
Dedicación: 2h
Grupo grande/Teoría: 2h
4 EXAMEN PARCIAL
Descripción:
Prueba individual y por escrito sobre los contenidos de los temas 1, 2, 3 y 4.
Material de soporte:
Enunicado de la prueba parcial.
Descripción de la entrega esperada y vínculos con la evaluación:
La entrega será la resolución de la prueba.
Representa el 40% de la calificación final de la asignatura.
Objetivos específicos:
La prueba tiene que demostrar que el estudiante ha alcanzado los objetivos generales y específicos, de los temas
objeto de evaluación.
Dedicación: 2h
Grupo grande/Teoría: 2h
5 EXAMEN FINAL
Descripción:
Prueba individual y por escrito sobre los contenidos de los módulos 5, 6, 7, 8 y 9.
Material de soporte:
Enunciado de la prueba final.
Descripción de la entrega esperada y vínculos con la evaluación:
La entrega será la resolución de la prueba.
Representa el 40% de la calificación final de la asignatura.
Objetivos específicos:
La prueba debe demostrar que el estudiante / a ha alcanzado los objetivos generales y específicos, los temas
objetos de evaluación.
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Sistema de calificación
Se realizarán dos exámenes programados: un examen parcial y un examen final. Estos exámenes tendrán carácter
teórico-práctico, esto es, contendrán tanto cuestiones de teoría y problemas. Los alumnos realizarán y tendrán que
entregar una serie de prácticas de laboratorio y de ejercicios prácticos, en las clases de prácticas programadas, y que se
tendrán en cuenta para la evaluación. La asistencia a las sesiones de prácticas y la entrega de los trabajos de prácticas es
un prerequisito para aprobar la asignatura.
La nota global de la asignatura, NG, se calculará de acuerdo con la siguiente ecuación:
NG = 0.40 NP + 0.40 NF +0.10 NE + 0.10 NAS
donde
NG: nota global (final)
NP: nota de evaluación del examen parcial
NF: nota de evaluación del examen final
NE: nota de evaluación de prácticas
NAS: nota de evaluación de seguimiento de clase
Junto con la prueba final, se podrá recuperar la parte de la nota correspondiente al examen parcial
Bibliografía
Básica:
Sadiku, Matthew N. O. Elementos de electromagnetismo. 3a ed. México: Oxford Univeristy Press, 2003. ISBN 970613672X.
Tipler, Paul Allen. Física para la ciencia y la tecnología. 4a ed. Barcelona: Reverté, 2000. ISBN 842914384X.
Tipler, Paul Allen. Física para la ciencia y la tecnología, vol. 2. 6a ed. Barcelona: Reverté, 2010. ISBN 9788429144307.
Ohanian, H.C.; Markert, J.T. Física para ingeniería y ciencias, vol. 2. 3a ed. México: McGraw-Hill, 2009. ISBN 9789701067468.
Gettys, W. Edward [et al.]. Física: clásica y moderna. Madrid: McGraw-Hill, 1991. ISBN 8476156359.
Complementaria:
Plonus, Martin A. Electromagnetismo aplicado. Barcelona: Reverté, 1982. ISBN 8429130632.
Wangsness, Roald K. Campos electromagnéticos. México: Limusa, 1983. ISBN 9681813162.
Otros recursos:
Enlace web
http://atenea.upc.edu
Libro de problemas de la asignatura, exámenes resueltos y guiones para la realización de las prácticas.
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